Pengertian MEMS

Download Pengertian MEMS

Post on 28-Dec-2015

145 views

Category:

Documents

6 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

<p>MICRO-ELECTRO-MECHANICAL SYSTEMS (MEMS)</p> <p>Disusun OlehMuhammad Taufik111.10.0006</p> <p>BAB IPendahuluan</p> <p>1.1. Latar BelakangMicro - Electro - Mechanical Systems , atau MEMS , adalah teknologi yang dalam bentuk yang paling umum dapat didefinisikan sebagai elemen miniatur mekanik dan elektro-mekanis ( yaitu , perangkat dan struktur ) yang dibuat dengan menggunakan teknik microfabrication . Dimensi fisik kritis perangkat MEMS dapat bervariasi dari di bawah satu mikron pada ujung bawah dari spektrum dimensi , semua jalan ke beberapa milimeter . Demikian juga , jenis perangkat MEMS dapat bervariasi dari struktur yang relatif sederhana tidak memiliki elemen bergerak , sistem elektromekanis untuk sangat kompleks dengan beberapa elemen bergerak di bawah kendali mikroelektronika terpadu . Salah satu kriteria utama MEMS adalah bahwa setidaknya ada beberapa elemen yang memiliki semacam fungsi mekanis atau tidaknya unsur-unsur bisa bergerak . Istilah yang digunakan untuk mendefinisikan MEMS bervariasi di berbagai belahan dunia . Di Amerika Serikat mereka sebagian besar disebut MEMS , sedangkan di beberapa bagian lain dari dunia mereka disebut " Microsystems Technology " di Eropa atau " micromachines " di Japan .MEMS fabrikasi adalah usaha yang sangat menarik karena sifat disesuaikan teknologi proses dan keragaman kemampuan pemrosesan. MEMS fabrikasi menggunakan banyak teknik yang sama yang digunakan dalam sirkuit terpadu domain seperti oksidasi, difusi, implantasi ion, LPCVD, sputtering, dll, dan menggabungkan kemampuan ini dengan proses micromachining sangat khusus</p> <p>1.2. Rumusan masalah Apa pengertian MEMS ? Apa saja proses micromachining dalam fabrikasi MEMS? Apa saja aplikasi dalam penggunaan MEMS?</p> <p>1.3. Tujuan Menjelaskan pengertian MEMS. Menjelaskan proses micromachining dalam fabrikasi MEMS. Menjelaskan aplikasi dalam penggunaan MEMS.</p> <p>BAB IIISI</p> <p>2.1. Pengertian MEMS</p> <p>Micro - Electro - Mechanical Systems , atau MEMS , adalah teknologi yang dalam bentuk yang paling umum dapat didefinisikan sebagai elemen miniatur mekanik dan elektro-mekanis ( yaitu , perangkat dan struktur ) yang dibuat dengan menggunakan teknik microfabrication . Dimensi fisik kritis perangkat MEMS dapat bervariasi dari di bawah satu mikron pada ujung bawah dari spektrum dimensi , semua jalan ke beberapa milimeter . Demikian juga , jenis perangkat MEMS dapat bervariasi dari struktur yang relatif sederhana tidak memiliki elemen bergerak , sistem elektromekanis untuk sangat kompleks dengan beberapa elemen bergerak di bawah kendali mikroelektronika terpadu . Salah satu kriteria utama MEMS adalah bahwa setidaknya ada beberapa elemen yang memiliki semacam fungsi mekanis atau tidaknya unsur-unsur bisa bergerak . Istilah yang digunakan untuk mendefinisikan MEMS bervariasi di berbagai belahan dunia . Di Amerika Serikat mereka sebagian besar disebut MEMS , sedangkan di beberapa bagian lain dari dunia mereka disebut " Microsystems Technology " di Eropa atau " micromachines " di Japan .Sementara unsur-unsur fungsional MEMS miniatur struktur , sensor , aktuator , dan mikroelektronika , unsur yang paling terkenal ( dan mungkin paling menarik ) adalah MIKROSENSOR dan microactuators . MIKROSENSOR dan microactuators secara tepat dikategorikan sebagai " transduser " , yang didefinisikan sebagai perangkat yang mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya . Dalam kasus MIKROSENSOR , perangkat biasanya mengkonversi sinyal mekanik diukur menjadi sinyal listrik .</p> <p>Selama beberapa dekade terakhir peneliti MEMS dan pengembang telah menunjukkan jumlah yang sangat besar MIKROSENSOR untuk hampir setiap kemungkinan modalitas penginderaan termasuk suhu , tekanan , gaya inersia , spesies kimia , medan magnet , radiasi , dll Hebatnya , banyak dari sensor micromachined telah menunjukkan kinerja melebihi rekan-rekan macroscale mereka. Artinya, versi micromachined , misalnya , transduser tekanan , biasanya melebihi sensor tekanan dibuat dengan menggunakan teknik mesin tingkat macroscale paling tepat . Tidak hanya kinerja perangkat MEMS yang luar biasa , tetapi metode produksi mereka memanfaatkan teknik yang sama bets fabrikasi yang digunakan dalam industri sirkuit terpadu - yang dapat diterjemahkan ke dalam biaya produksi per - perangkat rendah , serta banyak manfaat lainnya . Akibatnya, adalah mungkin untuk tidak hanya mencapai kinerja perangkat bintang, tapi untuk melakukannya pada tingkat biaya yang relatif rendah . Tidak mengherankan , silikon berbasis MIKROSENSOR diskrit dieksploitasi secara komersial dengan cepat dan pasar untuk perangkat ini terus tumbuh pada tingkat yang cepat .Baru-baru ini , penelitian dan pengembangan masyarakat MEMS telah menunjukkan sejumlah microactuators termasuk : microvalves untuk mengontrol gas dan cairan mengalir ; switch optik dan cermin untuk mengarahkan atau mengatur cahaya balok ; dikontrol secara independen array Micromirror untuk menampilkan, microresonators untuk sejumlah aplikasi yang berbeda , micropumps untuk mengembangkan tekanan cairan positif , microflaps untuk memodulasi airstreams pada airfoil , serta banyak lainnya . Anehnya , meskipun microactuators ini sangat kecil , mereka sering dapat menimbulkan efek pada tingkat macroscale ; yaitu , ini aktuator kecil dapat melakukan prestasi mekanik jauh lebih besar dari ukuran mereka akan berarti . Sebagai contoh, para peneliti telah menempatkan microactuators kecil di tepi terkemuka airfoil pesawat terbang dan telah mampu mengarahkan pesawat hanya menggunakan perangkat ini microminiaturized.</p> <p>Gambar 1. Permukaan micromachined elektro-statis-actuated micromotor dibuat oleh MNX. Perangkat ini adalah contoh dari microactuator berbasis MEMS.</p> <p>Potensi nyata MEMS mulai menjadi terpenuhi ketika sensor miniatur , aktuator , dan struktur semua bisa bergabung ke sebuah substrat silikon umum bersama dengan sirkuit terpadu (yaitu , mikroelektronika ) . Sementara elektronik yang dibuat menggunakan sirkuit terpadu ( IC ) urutan proses ( misalnya , CMOS , Bipolar , atau BiCMOS proses ) , komponen mikromekanik yang dibuat menggunakan kompatibel " micromachining " proses yang selektif etch jauh bagian dari wafer silikon atau menambahkan lapisan struktural baru untuk membentuk perangkat mekanik dan elektromekanis . Hal ini bahkan lebih menarik jika MEMS dapat digabungkan tidak hanya dengan mikroelektronik , tetapi dengan teknologi lain seperti Photonics , nanoteknologi , dll Hal ini kadang-kadang disebut " integrasi heterogen . " Jelas , teknologi ini diisi dengan berbagai peluang pasar komersial .Sementara tingkat yang lebih kompleks dari integrasi adalah tren masa depan teknologi MEMS , saat ini negara-of - the-art yang lebih sederhana dan biasanya melibatkan microsensor tunggal diskrit , sebuah microactuator diskrit tunggal, microsensor tunggal yang terintegrasi dengan elektronik , banyaknya dasarnya MIKROSENSOR identik terintegrasi dengan elektronik , sebuah microactuator tunggal terintegrasi dengan elektronik , atau banyaknya microactuators dasarnya identik terintegrasi dengan elektronik . Namun demikian, sebagai metode MEMS fabrikasi muka, janji adalah kebebasan desain besar dimana semua jenis microsensor dan jenis microactuator dapat digabungkan dengan mikroelektronika serta Photonics , nanoteknologi , dll , ke substrat tunggal .</p> <p>Gambar 2. Permukaan resonator micromachined dibuat oleh MNX. Perangkat ini dapat digunakan baik sebagai microsensor serta microactuator.</p> <p>Visi ini MEMS dimana MIKROSENSOR , microactuators dan mikroelektronika dan teknologi lainnya , dapat diintegrasikan ke sebuah microchip tunggal ini diharapkan menjadi salah satu terobosan teknologi yang paling penting masa depan . Hal ini akan memungkinkan pengembangan produk cerdas dengan menambah kemampuan komputasi mikroelektronik dengan persepsi dan kemampuan kontrol MIKROSENSOR dan microactuators . Sirkuit terpadu Mikroelektronika dapat dianggap sebagai "otak " dari sebuah sistem dan menambah MEMS ini kemampuan pengambilan keputusan dengan " mata " dan " senjata" , untuk memungkinkan Microsystems untuk merasakan dan mengendalikan lingkungan . Sensor mengumpulkan informasi dari lingkungan melalui mengukur fenomena mekanik , termal , biologis , kimia , optik , dan magnetik . Elektronik kemudian memproses informasi yang berasal dari sensor dan melalui beberapa kemampuan pengambilan keputusan langsung aktuator untuk menanggapi dengan bergerak , posisi , mengatur , memompa , dan penyaringan , sehingga mengendalikan lingkungan untuk beberapa hasil yang diinginkan atau tujuan. Selanjutnya, karena perangkat MEMS yang diproduksi menggunakan teknik fabrikasi batch, mirip dengan IC , tingkat belum pernah terjadi sebelumnya fungsionalitas , kehandalan , dan kecanggihan dapat ditempatkan pada sebuah chip silikon kecil dengan biaya yang relatif rendah . Teknologi MEMS sangat beragam dan subur , baik di area aplikasi yang diharapkan , serta bagaimana perangkat yang dirancang dan diproduksi . Sudah , MEMS merevolusi banyak kategori produk dengan memungkinkan sistem -on- a-chip yang lengkap untuk direalisasikan .Nanoteknologi adalah kemampuan untuk memanipulasi materi pada tingkat atom atau molekul untuk membuat sesuatu yang berguna pada skala nano - dimensi . Pada dasarnya , ada dua pendekatan dalam pelaksanaan : top-down dan bottom-up . Dalam pendekatan top-down , perangkat dan struktur yang dibuat menggunakan banyak teknik yang sama seperti yang digunakan dalam MEMS kecuali mereka dibuat lebih kecil , biasanya dengan menggunakan fotolitografi dan etsa metode yang lebih maju . Pendekatan bottom-up biasanya melibatkan deposisi , tumbuh , atau self-assembly teknologi . Keuntungan dari perangkat nano - dimensi lebih MEMS melibatkan manfaat sebagian besar berasal dari hukum scaling, yang juga dapat menyajikan beberapa tantangan juga.</p> <p>Gambar 3. Sebuah array posting sub-mikron dibuat menggunakan top-down metode fabrikasi nanoteknologi</p> <p>Beberapa ahli percaya bahwa nanoteknologi menjanjikan untuk: a). memungkinkan kita untuk menempatkan dasarnya setiap atom atau molekul di tempat dan posisi yang diinginkan - yaitu, kontrol posisi yang tepat untuk perakitan, b). memungkinkan kita untuk membuat hampir semua struktur atau bahan sesuai dengan hukum fisika yang dapat ditentukan pada tingkat atom atau molekul; dan c). memungkinkan kita untuk memiliki biaya produksi tidak sangat melebihi biaya bahan baku yang diperlukan dan energi yang digunakan dalam fabrikasi (yaitu, paralelisme besar).</p> <p>Gambar 4. Sebuah gambar berwarna mikroskop image scanning tunneling-permukaan, yang merupakan teknik pencitraan yang umum digunakan dalam nanoteknologi.</p> <p>Meskipun MEMS dan Nanoteknologi kadang-kadang disebut sebagai teknologi yang terpisah dan berbeda , ternyata perbedaan antara keduanya tidak begitu jelas . Bahkan , kedua teknologi sangat tergantung pada satu sama lain . The terkenal scanning tunneling - ujung mikroskop ( STM ) yang digunakan untuk mendeteksi atom dan molekul individu pada skala nanometer adalah perangkat MEMS . Demikian pula dengan mikroskop atom ( AFM ) yang digunakan untuk memanipulasi penempatan dan posisi atom dan molekul individu pada permukaan substrat adalah perangkat MEMS juga. Bahkan , berbagai teknologi MEMS diperlukan untuk antarmuka dengan domain skala nano .Demikian juga , banyak teknologi MEMS menjadi tergantung pada teknologi nano untuk produk-produk baru yang sukses . Sebagai contoh, accelerometers airbag kecelakaan yang diproduksi menggunakan teknologi MEMS dapat memiliki kehandalan jangka panjang mereka terdegradasi karena dinamis dalam penggunaan efek stiction antara massa bukti dan substrat . Sebuah nanoteknologi disebut Self- Rakitan Monolayers ( SAM ) pelapis sekarang secara rutin digunakan untuk mengobati permukaan MEMS elemen bergerak sehingga mencegah efek stiction dari terjadi atas hidup produk.Banyak ahli telah menyimpulkan bahwa MEMS dan nanoteknologi adalah dua label yang berbeda untuk apa pada dasarnya adalah sebuah teknologi yang meliputi hal-hal yang sangat miniatur yang tidak dapat dilihat dengan mata manusia . Perhatikan bahwa definisi yang luas serupa terjadi di sirkuit domain terpadu yang sering disebut sebagai teknologi mikroelektronika meskipun state -of - the-art teknologi IC biasanya memiliki perangkat dengan dimensi puluhan nanometer . Apakah atau tidak MEMS dan nanoteknologi adalah satu dalam sama , itu tidak diragukan lagi bahwa ada ketergantungan timbal balik yang luar biasa antara kedua teknologi yang hanya akan meningkat dalam waktu. Mungkin apa yang paling penting adalah manfaat umum yang diberikan oleh teknologi ini , termasuk : peningkatan kemampuan informasi ; miniaturisasi sistem ; bahan baru yang dihasilkan dari ilmu baru pada skala dimensi miniatur ; dan peningkatan fungsi dan otonomi untuk sistem .</p> <p>2.2. Fabricating MEMS and Nanotechnology</p> <p>MEMS fabrikasi adalah usaha yang sangat menarik karena sifat disesuaikan teknologi proses dan keragaman kemampuan pemrosesan. MEMS fabrikasi menggunakan banyak teknik yang sama yang digunakan dalam sirkuit terpadu domain seperti oksidasi, difusi, implantasi ion, LPCVD, sputtering, dll, dan menggabungkan kemampuan ini dengan proses micromachining sangat khusus. Beberapa proses micromachining paling banyak digunakan dibahas di bawah ini.</p> <p>2.2.1. Bulk MicromachiningTeknologi micromachining tertua adalah bulk micromachining. Teknik ini melibatkan penghapusan selektif dari bahan substrat dalam rangka mewujudkan komponen mekanis miniatur. BulkmMicromachining dapat dicapai dengan menggunakan sarana kimia atau fisik, dengan cara kimia yang jauh lebih banyak digunakan dalam industri MEMS.Sebuah teknik bulk micromachining banyak digunakan adalah chemical wet etching, yang melibatkan perendaman substrat ke dalam larutan kimia reaktif yang akan etch daerah terkena substrat pada tingkat terukur. chemical wet etching populer di MEMS karena dapat memberikan tingkat etch yang sangat tinggi dan selektivitas. Selain itu, tingkat etsa dan selektivitas dapat dimodifikasi dengan mengubah komposisi kimia dari larutan etsa, menyesuaikan suhu larutan etsa, memodifikasi konsentrasi dopan substrat, dan memodifikasi yang kristalografi pesawat substrat yang terkena solusi ETSA.Ada dua jenis umum dari chemical wet etching dalam Bulk Micromachining: wet etching isotropik dan wet etching anisotropik. Dalam wet etching isotropik, laju etsa tidak tergantung pada orientasi kristalografi substrat dan hasil etsa ke segala arah dengan harga yang sama. Secara teori, etsa lateralis di bawah lapisan masking etches pada tingkat yang sama sebagai tingkat etch arah normal. Namun, dalam praktiknya etsa lateral biasanya jauh lebih lambat tanpa pengadukan, dan etsa basah akibatnya isotropik hampir selalu dilakukan dengan pengadukan yang kuat dari solusi ETSA. Gambar 5 menggambarkan profil etch menggunakan ETSA basah isotop dengan dan tanpa pengadukan larutan ETSA.Setiap proses etsa membutuhkan bahan masking yang akan digunakan, dengan lebih selektivitas yang tinggi relatif te...</p>